JP4841046B2 - Multilayer piezoelectric element and injection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型圧電素子及び噴射装置に関し、例えば、自動車用燃料噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止用の駆動素子等に用いられる積層型圧電素子及び噴射装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来から、電歪効果を利用して大きな変位量を得るために、圧電体と内部電極層を交互に積層した積層型圧電アクチュエータが提案されている。積層型圧電アクチュエータには、同時焼成タイプと圧電磁器と内部電極板を交互に積層したスタックタイプの2種類に分類されており、低電圧化、製造コスト低減の面から考慮すると、同時焼成タイプの積層型圧電アクチュエータが薄層化に対して有利であるために、その優位性を示しつつある。
【0003】
図3は、従来の積層型圧電アクチュエータを示すもので、このアクチュエータでは、圧電体51と内部電極52が交互に積層されて活性体53aが形成され、該活性体53aの積層方向上下面に不活性体53bを形成して柱状積層体53が構成されている。内部電極52は、その一方の端部が左右交互に絶縁体54で被覆され、その上から、導電性接着剤を活性体53a及び不活性体53bの側面に塗布乾燥して、一対の帯状外部電極56を形成し、これらの帯状外部電極56が内部電極52と左右各々一層おきに導通している。
【0004】
この積層型圧電アクチュエータでは、不活性体53bの側面に接合された帯状外部電極56の下側端部表面に、リード端子57が半田58により接合されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年においては、小型の圧電アクチュエータで大きな圧力下において大きな変位量を確保するため、積層数を増加させ、またより高い電界を印加して、長期間連続駆動させることが行われているが、上記した従来の圧電アクチュエータでは、帯状外部電極56の端部が不活性体53bの側面から剥離し易いという問題があった。
【0006】
即ち、活性体53aでは積層方向に大きな変位が発生するが、不活性体53bでは変位が発生しないため、活性体53a及び不活性体53bに跨って形成された帯状外部電極56には、その端部に積層方向への引張応力や圧縮応力が発生し、不活性体53bに位置する帯状外部電極56の端部が剥離し易いという問題があった。この状態で駆動を続けると、不活性体53bに接合された帯状外部電極56の端部だけでなく、活性体53aに位置する部分においても、帯状外部電極56が活性体53aの表面から剥離して、内部電極52との接続が解除され、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合、一部の圧電体51に電圧が供給されなくなり駆動中に変位特性が変化するという問題があった。
【0007】
また、リード端子57が接合される帯状外部電極56の下側端部では、リード端子57が何らかの原因で引っ張られることにより、特に剥離し易いという問題があった。
【0008】
本発明は、外部電極の柱状積層体への接合強度を向上できる積層型圧電素子及び噴射装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層型圧電素子は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる活性体と、該活性体の上下面にそれぞれ設けられた不活性体とからなる柱状積層体の側面に、前記内部電極が一層おきに交互に接続する一対の外部電極を接着してなるとともに、前記不活性体の側面に接着された前記外部電極の端部にリード端子を接続してなる積層型圧電素子であって、前記外部電極の端部が接着される前記不活性体の側面に凹溝が形成されていることを特徴とする。
【0010】
このような積層型圧電素子では、外部電極の端部が、不活性体の側面の凹溝が形成されている部分に接着されるため、不活性体の側面と外部電極との接合強度を向上でき、これにより、より高い電界を印加して大きな変位量を発生せしめ、この状態で長期間連続駆動させたとしても、外部電極の端部からの剥離を抑制することができ、外部電極の柱状積層体への接合強度を向上できる。
【0011】
即ち、外部電極は、内部電極との接合を確実に行うという理由から、変位を発生する活性体から変位を発生しない不活性体にまで延設し、活性体及び不活性体に跨って外部電極を形成し、リード端子接続部にアクチュエータの伸びによる応力を発生させないという理由から、リード端子を、不活性体まで延設された外部電極の端部に接合せざるを得ないが、本発明では、外部電極の端部が、不活性体の側面の凹溝が形成されている部分に接合されるため、アンカー効果により、外部電極の端部が不活性体の側面から剥離することを抑制することができ、外部端子の端部からの剥離開始を抑制することができる。
【0012】
また、本発明では、不活性体の側面に形成された凹溝の深さが5〜100μmであることが望ましい。このような構成を採用することにより、不活性体の折損を抑制することができるとともに、外部電極の端部の剥離を有効に防止できる。
【0013】
さらに、本発明では、外部電極が接続する内部電極の端部には、一層おきに柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子が設けられていることが望ましい。このような構成を採用することにより、外部電極の柱状積層体からの剥離をさらに抑制することができる。
【0014】
また、本発明の噴射装置は、噴射孔を有する収納容器と、該収納容器内に収容された上記積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなるものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の積層型圧電アクチュエータからなる積層型圧電素子の一実施例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は(a)のA−A’線に沿った縦断面図、(c)は(a)の一部を拡大して示す斜視図、(d)は(b)の一部を拡大して示す断面図である。
【0016】
本発明の積層型圧電アクチュエータは、図1に示すように、複数の圧電体1と複数の内部電極2とを交互に積層してなる活性体1a1と、該活性体1a1の上下面に形成された不活性体1a2とからなる四角柱状の柱状積層体1aの側面において、内部電極2の端部を一層おきに絶縁体3で被覆し、絶縁体3で被覆していない内部電極2の端部に突起状導電性端子5を設け、該突起状導電性端子5を埋設するように導電性接着剤を柱状積層体1aの側面に塗布乾燥して外部電極4を形成し、各外部電極4の下側端部にリード端子6を接続固定して構成されている。
【0017】
外部電極4は、活性体1a1から不活性体1a2にわたって形成され、外部電極4の下側端部が形成される不活性体1a2の側面には、凹溝9が複数条形成されている。これらの凹溝9は、内部電極2の露出した端部と平行に、かつ外部電極形成面積よりも少し大きい面積範囲で形成されている。このような不活性体1a2に位置する外部電極4の端部にリード端子6が半田等で接合されている。
【0018】
これらの凹溝9の深さdは5〜100μmとされている。この範囲の深さであれば、不活性体1a2が折損せず、また、外部電極4の接合強度を向上できるからである。一方、凹溝9の深さが5μmよりも浅い場合には、外部電極4の不活性体1a2への接合強度が低く、100μmよりも深い場合には、高電圧で駆動させる場合に不活性体1a2の凹溝9の部分で折損しやすいからである。
【0019】
凹溝9の積層方向における幅bは、アンカー効果を高めるという点から5〜50μmであることが望ましい。このような凹溝9は、ダイシング加工もしくはスクラッチ加工することにより形成できる。
【0020】
尚、リード端子6が形成される下側の不活性体1a2の側面にのみ凹溝9を形成したが、上側の不活性体1a2の側面にも凹溝を形成しても良いことは勿論である。また、凹溝9を外部電極形成面積よりも少し大きい面積範囲で形成したが、不活性体1a2側面全面に形成しても良いことは勿論である。
【0021】
さらに、凹溝9を内部電極2の露出した端部と平行に形成したが、内部電極2の露出した端部と直交するように形成してもよく、さらには、凹溝9を格子状に形成しても良い。
【0022】
圧電体1は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Pb(Zr,Ti)O3(以下PZTと略す)、或いはチタン酸バリウムBaTiO3を主成分とする圧電セラミック材料等で形成されている。この圧電セラミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数d33が高いものが望ましい。
【0023】
また、圧電体1の厚み、つまり内部電極2間の距離は50〜250μmが望ましい。これは、積層型圧電アクチュエータは電圧を印加してより大きな変位量を得るために、積層数を増加させる方法がとられるが、積層数を増加させた場合に圧電体1の厚みが厚すぎるとアクチュエータの小型化、低背化ができなくなり、一方、圧電体1の厚みが薄すぎると絶縁破壊しやすいからである。
【0024】
圧電体1の間には内部電極2が配されているが、この内部電極2は銀−パラジウム等の金属材料で形成されており、各圧電体1に所定の電圧を印加し、圧電体1に逆圧電効果による変位を起こさせる作用をなす。
【0025】
複数の圧電体1と複数の内部電極2とを交互に積層して成る柱状積層体1aは、先ず、PZT等の圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系、ブチラール系等の有機高分子から成るバインダーと、DBP(フタル酸ジオチル)、DOP(フタル酸ジブチル)等の可塑剤とを混合してスラリーを作製し、該スラリーを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成型法により圧電体1となるセラミックグリーンシートを作製する。
【0026】
次に、銀−パラジウム粉末にバインダー、可塑剤等を添加混合して導電性ペーストを作製し、これを前記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって1〜40μmの厚みに印刷する。
【0027】
そして、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを複数積層し、この積層体の上下面に導電性ペーストが印刷されていないグリーンシートを積層し、これを所定の温度で脱バインダーを行った後、900〜1200℃で焼成することによって作製される。
【0028】
その後、柱状積層体1aの外部電極4を形成する対向する側面に銀を主成分するペーストを塗布し、700〜950℃で焼き付けすることにより、突起状導電性端子5が形成される。即ち、このような突起状導電性端子5を形成するためには、特に、銀を主成分とするペーストに軟化点が600℃〜950℃のガラス粉末を分散させておき、該ペーストを外部電極4の形成面に塗布、焼き付けを行うことにより、有効的に突起状導電性端子5を形成することができる。
【0029】
即ち、ペーストにガラス成分を分散させておくことにより、焼き付け時にガラスが軟化し、この状態において圧電体1には拡散しにくい銀が内部電極2の端部に拡散して寄り集まるため、図1(c)に示すような突起状導電性端子5を形成できる。
【0030】
この突起状導電性端子5は柱状積層体1aの側面の一部に形成されており、レール状に形成され、その長さは外部電極4の幅とほぼ同一とされている。尚、突起状導電性端子5の長さは、外部電極4の幅よりも短くても良い。
【0031】
また、突起状導電性端子5が形成された柱状積層体1aの側面に一層おきに深さ50〜500μm、積層方向の幅30〜200μmの溝が形成されており、この溝内にガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム等が充填されて絶縁体3が形成されている。
【0032】
溝が形成されていない内部電極2の端部は、上記した突起状導電性端子5を介して外部電極4と接続されている。なお、突起状導電性端子5に板状導電部材を接合し、この板状導電部材を埋設するように導電性接着剤で柱状積層体1aの側面に接合して外部電極4を形成しても良い。この場合の導電性接着剤は、弾性係数が小さく、変形し易いものが望ましい。突起状導電性端子5と板状導電部材との接合は、例えば荷重を加えた状態で700〜950℃で熱処理することにより、主成分である銀が突起状導電性端子5と板状導電部材間を相互に拡散し、いわゆる銀の拡散接合に行うことができる。
【0033】
このように板状導電部材を突起状導電性端子5を介して内部電極2に接続すると、アクチュエータを高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、突起状導電性端子5が変形して突起状導電性端子5が駆動時に生じる応力を十分に吸収できるため、該外部電極4と内部電極2の断線を抑制することができ、耐久性に優れたアクチュエータを提供することができる。
【0034】
さらに、板状導電部材の外面に、金属等のメッシュ、メッシュ状の金属板、導電性コイル、若しくは導電性波板、若しくは導電性繊維集合体(ウール状)のいずれか一種からなる導電性補助部材を形成しても良い。この場合には、アクチュエータに大電流を投入し、高速で駆動させる場合においても、大電流を導電性補助部材に流すことができ、外部電極4に流れる電流を低減できるという理由から、外部電極4が局所発熱を起こし断線することを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。
【0035】
また、絶縁体3により内部電極2の端部が互い違いに一層おきに絶縁され、内部電極2の絶縁されていない他方の端部は、突起状導電性端子5を介して外部電極4と接合されることになる。
【0036】
なお、絶縁体3は、柱状積層体1aとの接合を強固とするために、柱状積層体1aの変位に対して追従する弾性率が低い材料、具体的にはシリコーンゴム等からなることが好適である。
【0037】
突起状導電性端子5の積層方向と同一方向の幅Bは、図1(c)に示すように、外部電極4と内部電極2との接続部の抵抗を低くし、且つアクチュエータの駆動時に生じる応力を十分に吸収するという点から、1μm以上且つ圧電体1厚みの1/2以下であることが望ましい。特には、幅Bは5〜25μmが望ましい。
【0038】
また、突起状導電性端子5の突出高さhは、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、圧電体1厚みの1/20以上であることが望ましい。突出高さhは、15〜50μmが望ましい。
【0039】
さらに、板状導電部材の厚みは、アクチュエータの伸縮に追従し、外部電極4と突起状導電性端子5の間、若しくは突起状導電性端子5と内部電極2の間で断線を生じないという点から、50μm以下であることが望ましい。
【0040】
突起状導電性端子5及び板状導電部材は、銀、ニッケル、銅、金、アルミニウム、等の導電性を備えた金属及びそれらの合金からなり、このうち、内部電極との接合強度が強く、ヤング率が低いという点から、銀が望ましい。
【0041】
以上のように構成された積層型圧電素子は、外部電極4の端部が、不活性体1a2の側面の凹溝9が形成されている部分に接合されているので、アンカー効果により、外部電極4の端部が不活性体1a2の側面から剥離することを抑制することができ、外部端子4の端部からの剥離開始を抑制することができる。また、リード端子6に外力が作用し、引っ張られたとしても、外部電極4の接合強度が高いため、外部端子4の端部の剥離を抑制できる。
【0042】
本発明の積層型圧電素子はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【0043】
図2は、本発明の噴射装置を示すもので、図において符号31は収納容器を示している。この収納容器31の一端には噴射孔33が設けられ、また収納容器31内には、噴射孔33を開閉することができるニードルバルブ35が収容されている。
【0044】
噴射孔33には燃料通路37が連通可能に設けられ、この燃料通路37は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路37に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニードルバルブ35が噴射孔33を開放すると、燃料通路37に供給されていた燃料が一定の高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるように形成されている。
【0045】
また、ニードルバルブ35の上端部は直径が大きくなっており、収納容器31に形成されたシリンダ39と摺動可能なピストン41を有している。そして、収納容器31内には、上記した圧電アクチュエータ43が収納されている。
【0046】
このような噴射装置では、圧電アクチュエータ43が電圧を印加されて伸長すると、ピストン41が押圧され、ニードルバルブ35が噴射孔33を閉塞し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると圧電アクチュエータ43が収縮し、皿バネ45がピストン41を押し返し、噴射孔33が燃料通路37と連通して燃料の噴射が行われるようになっている。
【0047】
【実施例】
まず、柱状積層体を作製した。圧電体は厚み150μmのPZTで形成し、内部電極は厚み3μmの銀−Pt合金によって形成し、圧電体及び内部電極の各々の積層数は300層とした。外部電極が形成される不活性体の側面に、ダイシング加工により、深さdが20μm、幅bが20μmの凹溝を100μm間隔で5本形成した。形成面積は、外部電極形成面積よりも僅かに大きい面積とした。
【0048】
次に、外部電極が形成される柱状積層体の側面に銀を含有するペーストを塗布し、800℃で焼き付け、柱状積層体の側面に露出した内部電極の端部に、積層方向と同一方向の幅Bが10μm、高さhが20μmの突起状導電性端子を形成した。この後、内部電極の端部一層おきに溝を形成し、該溝に絶縁体としてシリコーンゴムを充填した。
【0049】
次にポリイミドの前駆体であるポリアッミク酸をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させ、ワニス状にし、このワニスに銀粉末20重量%を混合、混練、ペースト状にしたものを、外部電極を形成する所定の位置に塗布し、220℃の空気中で溶媒を蒸発させるとともに、硬化反応を起こさせ、外部電極を形成した。
【0050】
この後、正極用外部電極、負極用外部電極の下側端部にリード端子を半田で接合し、図示しないが、アクチュエータの周囲にデイッピング等の方法により、シリコーンゴムを被覆し、さらに、正極、負極に3kVの分極電圧を印加し、アクチュエータ全体を分極処理することで、図1に示す積層型圧電アクチュエータを得た。
【0051】
得られた積層型圧電アクチュエータに150Vの直流電圧を印加した結果、積層方向に40μmの変位量が得られた。さらに、このアクチュエータに室温で0〜+150Vの交流電圧を60Hzの周波数にて印加し駆動試験を行った結果、1×109サイクルまで駆動したところ40μmの変位量が得られ、外部電極の剥離等の異常は見られなかった。
【0052】
また、本発明者は、凹溝の深さdを5〜100μmに変更する以外は、上記と同様にして、積層型圧電アクチュエータを作製し、得られた積層型圧電アクチュエータに150Vの直流電圧を印加した結果、積層方向に40μmの変位量が得られた。さらに、このアクチュエータに室温で0〜+150Vの交流電圧を60Hzの周波数にて印加し駆動試験を行った結果、1×109サイクルまで駆動したところ40μmの変位量が得られ、外部電極の剥離等の異常は見られなかった。
【0053】
一方、凹溝、突起状導電性端子を形成しない以外は、上記と同様にして、積層型圧電アクチュエータを作製し、得られた積層型圧電アクチュエータに150Vの直流電圧を印加した結果、積層方向に40μmの変位量が得られたものの、このアクチュエータに室温で0〜+150Vの交流電圧を60Hzの周波数にて印加し駆動試験を行った結果、1×106サイクル駆動後に変位量の低下が見られたため、駆動を停止し、アクチュエータを観察したところ、外部電極の下側端部が剥離していた。
【0054】
【発明の効果】
本発明の積層型圧電素子では、外部電極の端部が、不活性体の側面の凹溝が形成されている部分に接着されるため、不活性体の側面と外部電極との接合強度を向上でき、これにより、より高い電界を印加して大きな変位量を発生せしめ、この状態で長期間連続駆動させたとしても、外部電極の端部からの剥離を抑制することができ、外部電極の柱状積層体への接合強度を向上できる。従って、高温の使用環境下、高い印加電界、高速で連続駆動させる場合においても、外部電極と内部電極が断線することなく高耐久性を備えた積層型圧電素子を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の積層型圧電素子を示すもので、(a)は斜視図、(b)は(a)のA−A’線に沿った縦断面図、(c)は(a)の一部を拡大して示す斜視図、(d)は(b)の一部を拡大して示す断面図である。
【図2】本発明の噴射装置を示す説明図である。
【図3】従来の積層型圧電アクチュエータの縦断面図である。
【符号の説明】
1・・・圧電体
1a・・・柱状積層体
1a1・・・活性体
1a2・・・不活性体
2・・・内部電極
4・・・外部電極
5・・・突起状導電性端子
6・・・リード端子
9・・・凹溝
31・・・収納容器
33・・・噴射孔
35・・・バルブ
43・・・圧電アクチュエータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multilayer piezoelectric element and an injection device, for example, a multilayer piezoelectric element and an injection device used for a precision positioning device such as a fuel injection device for an automobile and an optical device, a driving element for vibration prevention, and the like. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to obtain a large amount of displacement using the electrostrictive effect, multilayer piezoelectric actuators in which piezoelectric bodies and internal electrode layers are alternately stacked have been proposed. Multi-layer piezoelectric actuators are classified into two types: simultaneous firing type and stack type in which piezoelectric ceramics and internal electrode plates are alternately stacked. Since the laminated piezoelectric actuator is advantageous for thinning, its superiority is being shown.
[0003]
FIG. 3 shows a conventional multilayer piezoelectric actuator. In this actuator,
[0004]
In this multilayer piezoelectric actuator, a
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, in order to secure a large amount of displacement under a large pressure with a small piezoelectric actuator, the number of stacked layers is increased and a higher electric field is applied to continuously drive for a long time. The above-described conventional piezoelectric actuator has a problem that the end of the strip-shaped
[0006]
That is, a large displacement occurs in the stacking direction in the
[0007]
In addition, there is a problem that the lower end portion of the strip-shaped
[0008]
An object of the present invention is to provide a multilayer piezoelectric element and an injection device that can improve the bonding strength of an external electrode to a columnar laminate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The multilayer piezoelectric element of the present invention is a columnar laminate comprising an active body formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes, and an inert body provided on each of the upper and lower surfaces of the active body. A pair of external electrodes to which the internal electrodes are alternately connected every other layer are bonded to the side surfaces of the external electrodes, and lead terminals are connected to the end portions of the external electrodes bonded to the side surfaces of the inert body. In the multilayer piezoelectric element, a concave groove is formed on a side surface of the inert body to which an end of the external electrode is bonded.
[0010]
In such a multilayer piezoelectric element, the end of the external electrode is adhered to the portion where the concave groove on the side surface of the inert body is formed, thereby improving the bonding strength between the side surface of the inert body and the external electrode. This can generate a large amount of displacement by applying a higher electric field, and even if it is continuously driven for a long time in this state, it is possible to suppress peeling from the end of the external electrode, and the columnar shape of the external electrode Bonding strength to the laminate can be improved.
[0011]
That is, the external electrode extends from an active body that generates displacement to an inactive body that does not generate displacement for the purpose of reliably joining the internal electrode, and the external electrode straddles the active body and the inactive body. The lead terminal must be joined to the end of the external electrode extended to the inert body because the stress is not generated due to the extension of the actuator in the lead terminal connecting portion. Since the end portion of the external electrode is joined to the portion where the concave groove on the side surface of the inert body is formed, the end portion of the external electrode is prevented from peeling from the side surface of the inert body due to the anchor effect. It is possible to suppress the start of peeling from the end of the external terminal.
[0012]
Moreover, in this invention, it is desirable for the depth of the ditch | groove formed in the side surface of an inert body to be 5-100 micrometers. By adopting such a configuration, it is possible to suppress breakage of the inert body and to effectively prevent peeling of the end portion of the external electrode.
[0013]
Further, in the present invention, it is desirable that the end of the internal electrode to which the external electrode is connected is provided with a protruding conductive terminal protruding from the side surface of the columnar laminate every other layer. By adopting such a configuration, peeling of the external electrode from the columnar stacked body can be further suppressed.
[0014]
In addition, the injection device of the present invention includes a storage container having an injection hole, the stacked piezoelectric element stored in the storage container, and a valve that ejects liquid from the injection hole by driving the stacked piezoelectric element. It comprises.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1A and 1B show an embodiment of a multilayer piezoelectric element comprising a multilayer piezoelectric actuator according to the present invention. FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a longitudinal section along the line AA 'in FIG. (C) is a perspective view showing a part of (a) in an enlarged manner, and (d) is a sectional view showing a part of (b) in an enlarged manner.
[0016]
As shown in FIG. 1, the multilayer piezoelectric actuator of the present invention includes an active body 1a 1 formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies 1 and a plurality of
[0017]
The
[0018]
The depth d of these concave grooves 9 is 5 to 100 μm. This is because if the depth is within this range, the inert body 1a 2 is not broken and the bonding strength of the
[0019]
The width b of the concave grooves 9 in the stacking direction is preferably 5 to 50 μm from the viewpoint of enhancing the anchor effect. Such a concave groove 9 can be formed by dicing or scratching.
[0020]
Incidentally, it has formed the groove 9 only on the side surfaces of the inert bodies 1a 2 of the lower lead terminals 6 are formed, it may also form a groove on the side surface of the upper inert body 1a 2 is Of course. Although the formation of the concave groove 9 in a slightly larger area extent than the external electrode formation area, it is of course possible to form the inert body 1a 2 whole side surface.
[0021]
Furthermore, although the concave groove 9 is formed in parallel with the exposed end portion of the
[0022]
The piezoelectric body 1 is made of, for example, a lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter abbreviated as PZT) or a piezoelectric ceramic material mainly composed of barium titanate BaTiO 3 . The piezoelectric ceramics are those piezoelectric strain constant d 33 indicating the piezoelectric characteristic is high is preferable.
[0023]
The thickness of the piezoelectric body 1, that is, the distance between the
[0024]
An
[0025]
A columnar laminate 1a formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies 1 and a plurality of
[0026]
Next, a conductive paste is prepared by adding a binder, a plasticizer, and the like to silver-palladium powder, and this is printed on the upper surface of each green sheet to a thickness of 1 to 40 μm by screen printing or the like.
[0027]
Then, a plurality of green sheets each having a conductive paste printed on the upper surface were laminated, and green sheets on which no conductive paste was printed were laminated on the upper and lower surfaces of the laminate, and the binder was removed at a predetermined temperature. Then, it is fabricated by firing at 900 to 1200 ° C.
[0028]
Then, the paste-like
[0029]
That is, by dispersing the glass component in the paste, the glass is softened during baking, and in this state, silver that is difficult to diffuse in the piezoelectric body 1 diffuses and gathers near the end of the
[0030]
The protruding
[0031]
Further, a groove having a depth of 50 to 500 μm and a width of 30 to 200 μm in the stacking direction is formed on the side surface of the columnar laminated body 1a on which the protruding
[0032]
The end of the
[0033]
When the plate-like conductive member is connected to the
[0034]
Furthermore, on the outer surface of the plate-like conductive member, a conductive auxiliary made of any one of a mesh of metal, a mesh-like metal plate, a conductive coil, a conductive corrugated plate, or a conductive fiber assembly (wool shape). A member may be formed. In this case, even when a large current is input to the actuator and driven at a high speed, the large current can flow through the conductive auxiliary member, and the current flowing through the
[0035]
Further, the end portions of the
[0036]
The insulator 3 is preferably made of a material having a low elastic modulus that follows the displacement of the columnar laminate 1a, specifically, silicone rubber or the like, in order to strengthen the bonding with the columnar laminate 1a. It is.
[0037]
As shown in FIG. 1C, the width B in the same direction as the stacking direction of the protruding
[0038]
The protrusion height h of the protruding
[0039]
Further, the thickness of the plate-like conductive member follows the expansion and contraction of the actuator, and no disconnection occurs between the
[0040]
The projecting
[0041]
In the multilayer piezoelectric element configured as described above, the end portion of the
[0042]
The multilayer piezoelectric element of the present invention is not limited to these, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0043]
FIG. 2 shows an injection device according to the present invention. In the figure,
[0044]
A
[0045]
The upper end of the
[0046]
In such an injection device, when the
[0047]
【Example】
First, a columnar laminate was produced. The piezoelectric body was formed of PZT having a thickness of 150 μm, the internal electrode was formed of a silver-Pt alloy having a thickness of 3 μm, and the number of stacked layers of the piezoelectric body and the internal electrode was 300 layers. Five concave grooves having a depth d of 20 μm and a width b of 20 μm were formed at intervals of 100 μm on the side surface of the inert body on which the external electrodes were formed by dicing. The formation area was set to be slightly larger than the external electrode formation area.
[0048]
Next, a paste containing silver is applied to the side surface of the columnar laminated body on which the external electrode is formed, and baked at 800 ° C., and the end of the internal electrode exposed on the side surface of the columnar laminated body has the same direction as the laminating direction. A protruding conductive terminal having a width B of 10 μm and a height h of 20 μm was formed. After that, a groove was formed every other end of the internal electrode, and the groove was filled with silicone rubber as an insulator.
[0049]
Next, polyamic acid, which is a polyimide precursor, is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to form a varnish, and 20% by weight of silver powder is mixed, kneaded, and pasted into this varnish. It applied to the predetermined position which forms an electrode, and while evaporating a solvent in the air of 220 degreeC, the curing reaction was caused to form and the external electrode was formed.
[0050]
Thereafter, a lead terminal is joined to the lower end of the positive electrode external electrode and the negative electrode external electrode with solder, and although not shown, silicone rubber is coated around the actuator by a method such as dipping, and further, the positive electrode, A multilayer piezoelectric actuator shown in FIG. 1 was obtained by applying a polarization voltage of 3 kV to the negative electrode and polarizing the entire actuator.
[0051]
As a result of applying a DC voltage of 150 V to the obtained multilayer piezoelectric actuator, a displacement of 40 μm was obtained in the stacking direction. Furthermore, as a result of applying a driving test by applying an AC voltage of 0 to +150 V to this actuator at a frequency of 60 Hz at room temperature, a displacement of 40 μm was obtained when driving up to 1 × 10 9 cycles, peeling of external electrodes, etc. No abnormalities were observed.
[0052]
Further, the present inventor produced a laminated piezoelectric actuator in the same manner as described above except that the depth d of the concave groove was changed to 5 to 100 μm, and applied a DC voltage of 150 V to the obtained laminated piezoelectric actuator. As a result of the application, a displacement of 40 μm was obtained in the stacking direction. Furthermore, as a result of applying a driving test by applying an AC voltage of 0 to +150 V to this actuator at a frequency of 60 Hz at room temperature, a displacement of 40 μm was obtained when driving up to 1 × 10 9 cycles, peeling of external electrodes, etc. No abnormalities were observed.
[0053]
On the other hand, a laminated piezoelectric actuator was produced in the same manner as described above except that the concave groove and the projecting conductive terminal were not formed, and a DC voltage of 150 V was applied to the obtained laminated piezoelectric actuator. Although a displacement of 40 μm was obtained, a drive test was performed by applying an AC voltage of 0 to +150 V to the actuator at a frequency of 60 Hz at room temperature. As a result, a decrease in the displacement was observed after driving 1 × 10 6 cycles. Therefore, when driving was stopped and the actuator was observed, the lower end portion of the external electrode was peeled off.
[0054]
【The invention's effect】
In the multilayer piezoelectric element of the present invention, the end of the external electrode is bonded to the portion where the groove on the side surface of the inert body is formed, thereby improving the bonding strength between the side surface of the inert body and the external electrode. This can generate a large amount of displacement by applying a higher electric field, and even if it is continuously driven for a long time in this state, it is possible to suppress peeling from the end of the external electrode, and the columnar shape of the external electrode Bonding strength to the laminate can be improved. Therefore, even in the case of continuous driving at a high applied electric field and high speed under a high temperature use environment, a multi-layer piezoelectric element having high durability can be provided at low cost without disconnecting the external electrode and the internal electrode.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a multilayer piezoelectric element of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view, FIG. 1B is a longitudinal sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1A, and FIG. The perspective view which expands and shows a part of (b), (d) is sectional drawing which expands and shows a part of (b).
FIG. 2 is an explanatory view showing an injection device of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a conventional multilayer piezoelectric actuator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric body 1a ... Columnar laminated body 1a 1 ... Active body 1a 2 ...
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